Java之对象池

单例模式是限制了一个类只能有一个实例，对象池模式则是限制一个类实例的个数。对象池类就像是一个对象管理员，它以Static列表（也就是装对象的池子）的形式存存储某个实例数受限的类的实例，每一个实例还要加一个标记，标记该实例是否被占用。当类初始化的时候，这个对象池就被初始化了，实例就被创建出来。然后，用户可以向这个类索取实例，如果池中所有的实例都已经被占用了，那么抛出异常。用户用完以后，还要把实例“还”回来，即释放占用。对象池类的成员应该都是静态的。用户也不应该能访问池子里装着的对象的构造函数，以防用户绕开对象池创建实例。书上说这个模式会用在数据库连接的管理上。比如，每个用户的连接数是有限的，这样每个连接就是一个池子里的一个对象，“连接池”类就可以控制连接数了。

Java对象的生命周期分析

　　Java对象的生命周期大致包括三个阶段：对象的创建，对象的使用，对象的清除。因此，对象的生命周期长度可用如下的表达式表示：T = T1 + T2 +T3。其中T1表示对象的创建时间，T2表示对象的使用时间，而T3则表示其清除时间。由此，我们可以看出，只有T2是真正有效的时间，而T1、T3则是对象本身的开销。下面再看看T1、T3在对象的整个生命周期中所占的比例。

　　我们知道，Java对象是通过构造函数来创建的，在这一过程中，该构造函数链中的所有构造函数也都会被自动调用。另外，默认情况下，调用类的构造函数时，Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象被设置成null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double变量设置成0.0，逻辑值设置成false。所以用new关键字来新建一个对象的时间开销是很大的，如表1所示。

　　表1 一些操作所耗费时间的对照表

运算操作	示例	标准化时间
本地赋值	i = n	1.0
实例赋值	this.i = n	1.2
方法调用	Funct()	5.9
新建对象	New Object()	980
新建数组	New int[10]	3100

　　从表1可以看出，新建一个对象需要980个单位的时间，是本地赋值时间的980倍，是方法调用时间的166倍，而若新建一个数组所花费的时间就更多了。

　　再看清除对象的过程。我们知道，Java语言的一个优势，就是Java程序员勿需再像C/C++程序员那样，显式地释放对象，而由称为垃圾收集器（Garbage Collector）的自动内存管理系统，定时或在内存凸现出不足时，自动回收垃圾对象所占的内存。凡事有利总也有弊，这虽然为Java程序设计者提供了极大的方便，但同时它也带来了较大的性能开销。这种开销包括两方面，首先是对象管理开销，GC为了能够正确释放对象，它必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。其次，在GC开始回收“垃圾”对象时，系统会暂停应用程序的执行，而独自占用CPU。

　　因此，如果要改善应用程序的性能，一方面应尽量减少创建新对象的次数；同时，还应尽量减少T1、T3的时间，而这些均可以通过对象池技术来实现。

　　对象池技术的基本原理

　　对象池技术基本原理的核心有两点：缓存和共享，即对于那些被频繁使用的对象，在使用完后，不立即将它们释放，而是将它们缓存起来，以供后续的应用程序重复使用，从而减少创建对象和释放对象的次数，进而改善应用程序的性能。事实上，由于对象池技术将对象限制在一定的数量，也有效地减少了应用程序内存上的开销。

对象池使用的基本思路是：

将用过的对象保存起来，等下一次需要这种对象的时候，再拿出来重复使用，从而在一定程度上减少频繁创建对象所造成的开销。 并非所有对象都适合拿来池化――因为维护对象池也要造成一定开销。对生成时开销不大的对象进行池化，反而可能会出现“维护对象池的开销”大于“生成新对象的开销”，从而使性能降低的情况。但是对于生成时开销可观的对象，池化技术就是提高性能的有效策略了。下面是构建对象池的一个例子：

public  class  ObjectPool {
    private  int  numObjects = 10 ; // 对象池的大小
    private  int  maxObjects = 50 ; // 对象池最大的大小
    private  Vector objects = null ; //存放对象池中对象的向量( PooledObject类型)

    public  ObjectPool() {
    }

    /*** 创建一个对象池***/
    public  synchronized  void  createPool(){
        // 确保对象池没有创建。如果创建了，保存对象的向量 objects 不会为空
        if  (objects != null ) {
            return ; // 如果己经创建，则返回
        }

        // 创建保存对象的向量 , 初始时有 0 个元素
        objects = new  Vector();

        // 根据 numObjects 中设置的值，循环创建指定数目的对象
        for  ( int  x = 0 ; x < numObjects; x++) {
           if  ((objects.size() == 0 )&& this .objects.size() < this .maxObjects) {
              Object obj = new  Obj();
              objects.addElement( new  PooledObject(obj));
　　　　　　}
　　　　}
    }

    public  synchronized  Object getObject(){
        // 确保对象池己被创建
        if  (objects == null ) {
            return  null ; // 对象池还没创建，则返回 null
        }

        Object conn = getFreeObject(); // 获得一个可用的对象

        // 如果目前没有可以使用的对象，即所有的对象都在使用中
        while  (conn == null ) {
            wait( 250 );
            conn = getFreeObject(); // 重新再试，直到获得可用的对象，如果
            // getFreeObject() 返回的为 null，则表明创建一批对象后也不可获得可用对象
        }

        return  conn; // 返回获得的可用的对象
    }

    /**
     * 本函数从对象池对象 objects 中返回一个可用的的对象，如果
     * 当前没有可用的对象，则创建几个对象，并放入对象池中。
     * 如果创建后，所有的对象都在使用中，则返回 null
     */
    private  Object getFreeObject(){

        // 从对象池中获得一个可用的对象
        Object obj = findFreeObject();

        if  (obj == null ) {
            createObjects(incrementalObjects);     //如果目前对象池中没有可用的对象，创建一些对象

            // 重新从池中查找是否有可用对象
            obj = findFreeObject();

           // 如果创建对象后仍获得不到可用的对象，则返回 null
            if  (obj == null ) {
                return  null ;
            }
        }

        return  obj;
    }

    /**
     * 查找对象池中所有的对象，查找一个可用的对象，
     * 如果没有可用的对象，返回 null
     */
    private  Object findFreeObject(){

        Object obj = null ;
        PooledObject pObj = null ;

        // 获得对象池向量中所有的对象
        Enumeration enumerate = objects.elements();

        // 遍历所有的对象，看是否有可用的对象
        while  (enumerate.hasMoreElements()) {
            pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();

           // 如果此对象不忙，则获得它的对象并把它设为忙
            if  (!pObj.isBusy()) {
                obj = pObj.getObject();
                pObj.setBusy( true );
           }

        return  obj; // 返回找到到的可用对象
    }


    /**
     * 此函数返回一个对象到对象池中，并把此对象置为空闲。
     * 所有使用对象池获得的对象均应在不使用此对象时返回它。
     */

    public  void  returnObject(Object obj) {

        // 确保对象池存在，如果对象没有创建（不存在），直接返回
        if  (objects == null ) {
            return ;
        }

        PooledObject pObj = null ;

        Enumeration enumerate = objects.elements();

        // 遍历对象池中的所有对象，找到这个要返回的对象对象
        while  (enumerate.hasMoreElements()) {
            pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();

            // 先找到对象池中的要返回的对象对象
            if  (obj == pObj.getObject()) {
                // 找到了 , 设置此对象为空闲状态
                pObj.setBusy( false );
                break ;
            }
        }
    }


    /**
     * 关闭对象池中所有的对象，并清空对象池。
     */
    public  synchronized  void  closeObjectPool() {

        // 确保对象池存在，如果不存在，返回
        if  (objects == null ) {
            return ;
        }

        PooledObject pObj = null ;

        Enumeration enumerate = objects.elements();

        while  (enumerate.hasMoreElements()) {

            pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();

            // 如果忙，等 5 秒
            if  (pObj.isBusy()) {
                wait( 5000 ); // 等 5 秒
            }

            // 从对象池向量中删除它
            objects.removeElement(pObj);
        }

        // 置对象池为空
        objects = null ;
    }


    /**
     * 使程序等待给定的毫秒数
     */
    private  void  wait( int  mSeconds) {
        try  {
            Thread.sleep(mSeconds);
        }
       catch  (InterruptedException e) {
        }
    }


    /**
     * 内部使用的用于保存对象池中对象的类。
     * 此类中有两个成员，一个是对象，另一个是指示此对象是否正在使用的标志 。
     */
    class  PooledObject {

        Object objection = null ; // 对象
        boolean  busy = false ; // 此对象是否正在使用的标志，默认没有正在使用

        // 构造函数，根据一个 Object 构告一个 PooledObject 对象
        public  PooledObject(Object objection) {

            this .objection = objection;

        }

        // 返回此对象中的对象
        public  Object getObject() {
            return  objection;
        }

        // 设置此对象的，对象
        public  void  setObject(Object objection) {
            this .objection = objection;

        }

        // 获得对象对象是否忙
        public  boolean  isBusy() {
            return  busy;
        }

        // 设置对象的对象正在忙
        public  void  setBusy( boolean  busy) {
            this .busy = busy;
        }
    }
}


测试类：
代码如下：

public  class  ObjectPoolTest {
    public  static  void  main(String[] args) throws  Exception {
        ObjectPool objPool = new  ObjectPool();

        objPool.createPool();
        Object obj = objPool.getObject();
        returnObject(obj);
        objPool.closeObjectPool();
    }
}